KR20010043027A - Method for reducing metal oxides and device for implementing said method - Google Patents
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Abstract
Description
금속 산화물, 특히 광석뿐만 아니라 재생될 다양한 산화철의 직접 환원은 최근 몇 년 동안 발전해왔다.Direct reduction of metal oxides, especially ores, as well as various iron oxides to be regenerated, has developed in recent years.
룩셈부르크 특허 LU-60981-A(Societe Anonyme des Minerais)에는 측면으로부터 중앙까지 재료를 이동시키면서 연속 회전식 노상 반응 장치(continuous rotating-hearth reactor)를 이용한 해면철 생산 방법이 기재되어 있으며, 이 방법은, 처음에는 석탄만을 공급하고, 석탄이 코크스 처리된 다음, 펠렛의 형태로 또는 분쇄된 형태로 철광석을 공급하여 반응 온도까지 예열하는 것이다. 이때, 고정된 스크레이퍼(scraper)들에 의해 용융로 중앙쪽을 향하여 석탄을 이동시킬 수 있으며, 회전식 노상이 회전할 때 코크스 처리된 석탄 및 광석을 혼합시킨다. 반응이 이루어진 다음, 장입물은 중앙 샤프트를 통해 배출된다.Luxembourg patent LU-60981-A (Societe Anonyme des Minerais) describes a method for producing sponge iron using a continuous rotating-hearth reactor, moving the material from side to center. Is fed only coal, the coal is coked, and then iron ore in the form of pellets or in a pulverized form and preheated to the reaction temperature. At this time, coal can be moved toward the center of the melting furnace by fixed scrapers, and coke-treated coal and ore are mixed when the rotary hearth rotates. After the reaction has taken place, the charge is discharged through the central shaft.
종래 기술의 단점 중 하나는, 상기 석탄의 휘발 성분들이 금속 산화물의 환원시에 관여하지 않는다는 것이다. 이러한 방법에 의해, 장입물의 온도 및 재료에 관해서는 높은 생산성 및 높은 균일성을 얻는 것은 불가능해진다.One disadvantage of the prior art is that the volatile components of the coal do not participate in the reduction of metal oxides. By this method, it becomes impossible to obtain high productivity and high uniformity with respect to the temperature and the material of the charge.
본 발명은 금속 산화물, 특히 산화철을 환원하기 위한 방법, 및 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing a metal oxide, in particular iron oxide, and an apparatus for carrying out the method.
도 1은 내부에 교반봉이 분포되어 있는 회전식 용융로의 평면도.1 is a plan view of a rotary melting furnace in which a stirring bar is distributed therein.
도 2는 회전식 용융로의 정단면도.2 is a front sectional view of a rotary melting furnace.
도 3은 장입중에 형성된 고랑을 도시한 도면.3 shows a furrow formed during charging.
도 4는 고정된 교반봉 상에 위치한 블레이드의 제1 동작에 의해 형성된 장입물의 고랑을 도시한 도면.4 shows a furrow of a charge formed by a first action of a blade located on a fixed stir bar.
도 5는 고정된 교반봉 상에 위치한 블레이드의 제2 동작에 의해 형성된 장입물의 고랑을 도시한 도면.5 shows a furrow of a charge formed by a second operation of a blade located on a fixed stir bar.
도 6은 교반봉과 상기 교반봉을 고정하는 암을 구비한 블레이드의 정단면도.6 is a front sectional view of a blade having a stirring rod and an arm for fixing the stirring rod.
본 발명의 목적은 탄소질 환원제의 휘발 성분이 갖는 환원 능력을 보다 효과적으로 이용한 금속 산화물 환원 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a metal oxide reduction method that more effectively utilizes the reducing ability of the volatile component of the carbonaceous reducing agent.
본 발명에 따라, 상기 목적은 환형 회전식 노상 내의 용융로 금속 산화물 환원 방법에 의해 달성된다. 여기서 상기 환형 회전식 노상 내에 탄소질 환원제 및 금속 산화물이 스트립으로 상기 회전식 노상의 일부분 상에 투입되어 있으며, 대략 나선형 동작으로 배출 장치로 이동된다. 이때 상기 방법의 특징은, 환원 작용물질이 예열되고, 회전식 노상 상에 투입되는 동안 또는 그 이전에 예열된 금속 산화물과 함께 혼합되며, 제1 환원 단계에서, 탄소질 환원제(대부분 메탄 및 수소임)의 휘발 성분이 금속 산화물의 환원을 일으키기 위해 사용되며, 제2 환원 단계에서 일산화탄소가 사용된다는데 있다.According to the invention, this object is achieved by a melting furnace metal oxide reduction process in an annular rotary hearth. Here the carbonaceous reducing agent and the metal oxide in the annular rotary hearth are introduced into the strip on a portion of the rotary hearth and are moved to the discharge device in a substantially helical operation. A feature of the process is that the reducing agent is preheated and mixed with the preheated metal oxide during or before being introduced to the rotary hearth, and in the first reduction step a carbonaceous reducing agent (mostly methane and hydrogen). The volatile component of is used to cause the reduction of the metal oxide, and carbon monoxide is used in the second reduction step.
종래 기술의 방법과는 다르게, 본 발명에 따른 방법은 환원 능력을 위해 탄소질 환원제, 특히 메탄 및 수소가 갖는 휘발 성분의 일부분을 사용한다.Unlike the process of the prior art, the process according to the invention uses a portion of the volatile components of the carbonaceous reducing agent, in particular methane and hydrogen, for reducing capacity.
본 발명에 따른 방법에 의해, 금속 산화물 및 탄소질 환원제를 혼합시켜 탄소질 환원제의 휘발 성분이 갖는 환원 능력을 효과적으로 사용함으로써 반응 비율을 증가시킬 수 있게 된다. 이때 상기 휘발 성분들을 용융로 장입물을 형성하는 예열된 혼합물을 강제로 통과시킨다.By the method according to the present invention, it is possible to increase the reaction rate by mixing the metal oxide and the carbonaceous reducing agent to effectively use the reducing ability of the volatile component of the carbonaceous reducing agent. The volatile components are then forced through a preheated mixture that forms a furnace charge.
상기 방법의 장점 중 하나는, 휘발 성분, 즉 탄소질 환원제로부터의 증발 가스가 금속 산화물을 환원하기 위해 제1 단계에서 사용된다는 사실에 있다. 한편, 잘 알려진 바와 같이, 상기 가스는 연소되어 고체 물질을 가열하기 위해 사용된다.One of the advantages of the process lies in the fact that a volatile component, i.e., the evaporating gas from the carbonaceous reducing agent, is used in the first step to reduce the metal oxide. On the other hand, as is well known, the gas is burned and used to heat solid materials.
따라서 상기 금속 산화물은 두 단계로, 또는 적어도 각기 다른 두 개의 화학적 반응에 의해 환원된다. 상기 반응 단계들은 동시에 또는 연속적으로 발생한다.The metal oxide is thus reduced in two steps or by at least two different chemical reactions. The reaction steps occur simultaneously or sequentially.
제1 환원 단계는 탄소질 환원제가 가열되는 동안 방출되는 수소 및/또는 메탄을 사용함으로써 실행된다. 상기 반응의 반응 과정은 900℃ 이하에서의 일산화탄소의 반응 과정 보다 바람직하다. 앞서 언급된 휘발 성분들은, 점진적으로 방출되며 특히 반응 온도에 관한 작동 조건을 갖는 노상 상에 투입된 금속 산화물과 접촉하게 됨으로써, 상기 산화물의 환원에 참여하게 된다.The first reduction step is carried out by using hydrogen and / or methane released while the carbonaceous reducing agent is heated. The reaction process of the reaction is more preferable than the reaction process of carbon monoxide at 900 ℃ or less. The volatile components mentioned above are brought into contact with the metal oxides introduced on the hearth which are gradually released and in particular have operating conditions relating to the reaction temperature, thereby participating in the reduction of the oxides.
금속 산화물 및 방출된 환원 가스는 환원 공정의 과정을 전복시키지 않으면서, 가능한 높은 온도에서 접촉하게 된다. 탄소질 환원제는 금속 산화물이 바람직하게는 850℃까지 예열되는 동안 200℃까지 예열되는 것이 바람직하다.The metal oxide and released reducing gas are brought into contact at the highest possible temperature without overturning the process of the reduction process. The carbonaceous reducing agent is preferably preheated to 200 ° C while the metal oxide is preferably preheated to 850 ° C.
두 성분은 용융로로부터 열교환기 내로 방출되는 연소 가스로부터 회수된 열에 의해 예열되는 것이 바람직하다.Both components are preferably preheated by the heat recovered from the combustion gases discharged from the furnace into the heat exchanger.
이와 같은 작동 조건들은 단위 면적당 생산 능력을 상당하게 증가시키며, 얻어진 환원 금속 산화물의 단위량 당 대기 중에 배출되는 이산화탄소의 양을 감소킨다.These operating conditions significantly increase the production capacity per unit area and reduce the amount of carbon dioxide released into the atmosphere per unit amount of the reduced metal oxide obtained.
상기 방법은 또한, 용융로의 체적을 최소로 유지하면서 가스들의 속도 제어에 의해 용융로 외부에 먼지 방출을 감소시키는 이점을 갖고 있다. 얻어진 대량의 해면철은 환원도에 있어서, 종래 기술에 의해 얻어진 생산물 보다 양호한 균질성을 갖는다.The method also has the advantage of reducing dust emissions outside the furnace by controlling the velocity of the gases while keeping the volume of the furnace at a minimum. The obtained large amount of spongy iron has better homogeneity than the product obtained by the prior art in reduction degree.
탄소질 환원제가 적어도 10%로 초과되는 것이 바람직하다. 이는 산화물의 환원을 위한 이론적인 양과 관련하여 규정되었다.It is preferred that the carbonaceous reducing agent is exceeded by at least 10%. This has been defined in relation to the theoretical amounts for the reduction of oxides.
특정한 실시 형태에 따라, 회전식-노상 용융로 내의 금속 산화물의 직접 환원 방법이 제안되고 있다. 이때 상기 회전식-노상 용융로 내에 일정한 링 폭에 대해 노상의 장입물 구역이라 명칭되는 부분 상에 여러 층으로 이루어진 장입물이 투입되어 있다. 여기서 상기 링 폭은 용융로의 직경 및 용량에 따른 영향을 받는다. 상기 층들은 동시에 또는 연속적으로 투입될 수 있다.According to a particular embodiment, a method for the direct reduction of metal oxides in a rotary-bed furnace has been proposed. In this rotary-furnace smelter, a multi-layered charge is placed on a portion called the furnace charge zone for a certain ring width. The ring width here is influenced by the diameter and capacity of the furnace. The layers can be introduced simultaneously or sequentially.
상기 투입층 내의 금속 산화물 및 탄소질 환원제의 농도는 각기 다를 수 있다. 상부 층에 있는 금소 산화물의 농도가 하부층에 있는 금속 산화물의 농도 보다 큰 것이 바람직하다. 따라서 하부층은 초과된 탄소질 환원제를 포함한다. 그 결과, 상부층에 있는 탄소질 환원제의 농도는 하부층의 것보다 작다. 이와 같은 경우, 금속 산화물의 농도 내에 일종의 증감이 이루어진다. 즉, 농도는 노상으로부터 장입물의 상부 표면 쪽으로 증가한다. 따라서 보다 큰 양의 휘발 성분들이 하부층에 방출되며, 이러한 가스는 층을 통해 장입물의 상부 표면 쪽으로 향해 확산된다. 여기서 상기 휘발 성분들은 고농도의 금속 산화물과 충돌하게 된다. 하부층의 온도가 상부층의 온도보다 낮기 때문에, 상기 탄소질 환원제의 휘발 성분들은 하부층으로 점진적으로 방출되며, 상부 표면 쪽으로 확산되는 동안에 아주 고온의 금속 산화물을 충돌시킨다. 사실상, 상부층은 하부층보다 고온이며, 그 이유는 첫째로 상부층이, 탄소질 환원제 보다 높은 온도로 예열된 고농도의 금속 산화물을 포함하고, 두 번째로 상기 층이 용융로 대기와 접촉하기 때문이다. 따라서 휘발 성분들은 금속 산화물 환원에 보다 효과적으로 참여하게 된다.The concentration of the metal oxide and the carbonaceous reducing agent in the input layer may be different. It is preferred that the concentration of the gold oxide in the upper layer is greater than the concentration of the metal oxide in the lower layer. The lower layer thus contains excess carbonaceous reducing agent. As a result, the concentration of carbonaceous reducing agent in the upper layer is smaller than that of the lower layer. In such a case, a kind of increase or decrease is made within the concentration of the metal oxide. That is, the concentration increases from the hearth towards the upper surface of the charge. Thus, larger amounts of volatile components are released in the lower layer, and this gas diffuses through the layer toward the upper surface of the charge. Here, the volatile components collide with a high concentration of metal oxide. Since the temperature of the bottom layer is lower than the temperature of the top layer, the volatile components of the carbonaceous reducing agent are gradually released into the bottom layer and impinge on the very hot metal oxide while spreading towards the top surface. In fact, the top layer is hotter than the bottom layer because first the top layer contains a high concentration of metal oxide preheated to a temperature higher than the carbonaceous reducing agent, and secondly the layer is in contact with the furnace atmosphere. Volatile components thus participate more effectively in metal oxide reduction.
하부층에 있는 탄소질 환원제의 농도는 금속 산화물의 완전 환원을 위한 이론적 농도 및 중량비 100%의 농도 사이에, 바람직하게는 중량비 30% 내지 70%이며, 중량비 30% 내지 60%인 것이 가장 바람직하다.The concentration of the carbonaceous reducing agent in the lower layer is preferably between 30% and 70% by weight, and most preferably between 30% and 60% by weight, between the theoretical concentration for complete reduction of the metal oxide and the concentration of 100% by weight.
하부층에 있는 탄소질 환원제의 농도는 중량비 25% 이하인 것이 바람직하며, 중량비 16% 이하인 것이 가장 바람직하다.The concentration of the carbonaceous reducing agent in the lower layer is preferably 25% or less by weight, most preferably 16% or less by weight.
바람직한 실시 형태에 따라, 장입물은 용융로의 내부쪽에 900 내지 1250℃에 이르는 온도까지 가열되며, 상기 온도가 1050 내지 1150℃인 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment, the charge is heated to a temperature of 900 to 1250 ° C. inside the melting furnace, preferably at a temperature of 1050 to 1150 ° C.
금속 산화물의 응집 작용을 피하는 동시에 가능한 높은 공급 온도에서의 금속 산화물 사용하는 것이 바람직하다.It is desirable to use metal oxides at the highest feed temperatures possible while avoiding the coagulation action of the metal oxides.
탄소질 환원제 및 금속 산화물의 혼합물, 또는 장입물은 전복되며 용융로의 내부에 머무르는 동안 점진적으로 혼합된다.The mixture of carbonaceous reducing agent and metal oxide, or the charge, is overturned and gradually mixed while staying inside the furnace.
또 다른 바람직한 실시 형태에 따라, 장입물의 표면은 그 표면 상에 고랑 또는 돌기(hummock)를 성형함으로써 그 형태를 갖는다. 이는 용융로 상부 부분 및 장입물 사이의 열 교환을 촉진하기 위한 것으로서, 용융로로부터의 방사능을 증가시키고 용융로 대기와의 열 교환을 위한 표면 영역을 증가시킴으로써 달성된다.According to another preferred embodiment, the surface of the charge has its shape by forming a furrow or hummock on the surface. This is to facilitate heat exchange between the upper part of the furnace and the charges and is achieved by increasing the radioactivity from the furnace and increasing the surface area for heat exchange with the furnace atmosphere.
상기 고랑 또는 돌기의 경사도는 통상적으로 40°내지 60°이다.The slope of the furrow or protrusion is typically 40 ° to 60 °.
톱니형 표면이 장입물 표면 상에 만들어지는 것이 바람직하다.It is preferred that the serrated surface is made on the charge surface.
바람직한 실시 형태에 따라, 상기 장입물 또는 혼합물은 환형 노상의 내측 부분으로 장입되며 대략 나선형 동작으로 노상의 외측 부분으로 향해 이동된다. 다음으로, 반응이 이루어진 다음 이는 링의 외측 부분을 통해 배출된다.According to a preferred embodiment, the charge or mixture is charged into the inner part of the annular hearth and moved towards the outer part of the hearth in a substantially helical motion. Next, the reaction takes place and then it is discharged through the outer part of the ring.
혼합물은 통상적으로 4회 또는 그 이상으로 회전한 다음 배출된다.The mixture is typically rotated four or more times and then discharged.
탄소질 환원제 및 금속 산화물의 혼합물층 또는 혼합물층들은 링 폭의 1/4 또는 그 이하에 대응되는 부분 상에 투입되는 것이 바람직하다.The mixture layer or mixture layers of the carbonaceous reducing agent and the metal oxide is preferably introduced on the portion corresponding to 1/4 or less of the ring width.
용융로 내에 머무르는 동안, 장입물의 체적 밀도는 감소한다. 즉, 상기 장입물의 용적이 증가하게 된다. 장입물의 유동성은 변하며, 무엇보다도 정지 각도는 증가하며, 즉 돌기 또는 고랑의 경사면은 회전식 노상 용융로 내부에 장입물 공정의 진행과 함께 점점 가파르게 증가될 수 있다.While staying in the furnace, the volume density of the charges decreases. That is, the volume of the charge is increased. The fluidity of the charges changes, and above all, the stopping angle increases, i.e. the slopes of the protrusions or furrows can increase steeply with the progress of the charge process inside the rotary hearth furnace.
바람직한 실시 형태에 따라, 장입물이 회전식 노상의 중앙 부분으로부터 외부 부분으로 향해 이동되기 때문에, 스트립의 폭은 공정이 이루어지는 동안 점진적으로 변화한다. 공정이 이루어지는 동안의 장입물의 벌크 용적의 증가는 주로 톱니형 표면의 경사면 및 스트립 폭의 증가에 의해 보상된다.According to a preferred embodiment, the width of the strip changes gradually during the process as the charge is moved from the central part of the rotary hearth toward the outer part. The increase in bulk volume of the charge during the process is mainly compensated by the increase in the slope and strip width of the serrated surface.
환원이 이루어지는 동안 방출되는 가스의 차후 연소는 용융로 링의 내부 부분 내에 달성되는 것이 바람직하다.Subsequent combustion of the gas released during the reduction is preferably achieved in the inner part of the furnace ring.
가스의 배출 및 용융로 내부의 장입물 이동은 방사상으로 각기 반대편 방향으로 이루어지는 것이 유리하다.Discharge of the gas and movement of the charges in the furnace are advantageously made radially opposite each other.
환원제 및 금속 산화물은 통상적으로 연소 가스 및 차후 연소 가스로부터 회수된 열에 의해 예열된다.The reducing agent and the metal oxide are typically preheated by the heat recovered from the combustion gas and subsequent combustion gases.
금속 산화물 및/또는 탄소질 환원제에 소량의 석회를 혼합시키는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 그 이유는, 첫째 상기 석회가 반응용 촉매로서 작용하며, 둘째 석회가 해면철에 대한 부착 현상을 방지하기 때문이다. 추가로, 석회는 일반적으로 선철의 탈황과 더 많은 유체 슬러그(slug)나 클링커(clinker)의 형성에 도움이 된다.It has been found advantageous to mix small amounts of lime with metal oxides and / or carbonaceous reducing agents. This is because, firstly, the lime acts as a catalyst for the reaction, and secondly, the lime prevents adhesion to sponges. In addition, lime generally aids in the desulfurization of pig iron and the formation of more fluid slugs or clinkers.
특별한 사용에 있어서, 금속 산화물 및 탄소질 환원제의 혼합물층은 상기 성분들을 혼합시키는 펠렛 층에 의해 형성된다.In a particular use, a mixture layer of metal oxides and carbonaceous reducing agents is formed by a pellet layer mixing the components.
"금속 산화물"의 용어는 금속성 광석, 특히 철광석과 예를 들어 용광로, 강철 플랜트, 전기로 또는 압연기를 이용하여 철 및 강철을 제조하는 제조 공정에서 형성되는 재생될 금속 산화물뿐만 아니라, 필요하다면 펠렛의 형태로 코크스 분말이나 석탄을 산화물 공급원과 혼합한 혼합물을 포함한다.The term "metal oxide" refers to metallic ores, in particular iron ores and pellets, if necessary, as well as metal oxides to be formed in the manufacturing process for producing iron and steel using, for example, furnaces, steel plants, electric furnaces or rolling mills. In the form of a mixture of coke powder or coal with an oxide source.
"탄소질 환원제"의 용어는 고체 또는 액체 형태를 갖는 모든 탄소질 재료, 예를 들어 석탄, 갈탄 및 석유 추출물로 해석된다. 일반적인 경우, 상기 환원제는 공정에 있어서 가능한 높은 휘발 성분 농도를 갖는 석탄이다. 상기 휘발 성분의 농도가 대략 15%일 때가 바람직하다.The term "carbonaceous reducing agent" is interpreted as all carbonaceous materials in solid or liquid form, for example coal, lignite and petroleum extracts. In general, the reducing agent is coal with the highest volatile component concentration possible in the process. It is preferable when the concentration of the volatile component is approximately 15%.
본 발명이 또 다른 특징에 따라, 금속 산화물 환원을 위한 회전식 노상 용융로가 또한 제안된다. 상기 용융로는According to another feature of the present invention, a rotary hearth furnace for metal oxide reduction is also proposed. The melting furnace
장입 구역;Charging zone;
상기 장입 구역에 인접한 적어도 한 개의 중간 구역;At least one intermediate zone adjacent the charging zone;
상기 중간 구역에 인접한 배출 구역;A discharge zone adjacent said intermediate zone;
으로 세분화된 환형 회전식 노상을 포함한다. 여기서 상기 장입 구역은 회전식 노상의 스트립 상에 장입물을 투입하기 위한 장치를 포함한다. 이때 장입물은 단일 또는 그 이상의 금속 산화물 및 환원제 혼합층을 포함한다. 여기서 용융로의 장입 구역이라고도 할 수 있는 중간 구역은, 노상이 회전 할 때 장입물을 방사상으로 투입시키는 한편, 장입물의 상부 부분을 하부 부분을 점진적으로 교반하기 위한 장치를 포함한다. 여기서 상기 배출 구역은 금속화된 장입물을 한 개 또는 그 이상의 배출 지점에서 배출되도록 하는 배출 장치를 포함한다.It includes an annular rotary hearth broken down into. The charging zone here comprises a device for loading the charge on the strip of the rotary hearth. The charge then comprises a single or more metal oxide and reducing agent mixed layer. The intermediate zone, which may also be referred to as the charging zone of the melting furnace, comprises a device for radially feeding the charge as the hearth rotates, while gradually stirring the upper part of the charge with the lower part. The discharge zone here comprises a discharge device for discharging the metallized charge at one or more discharge points.
바람직한 실시 형태에서, 용융로는 본질적인 톱니형 표면을 얻기 위해, 투입층의 표면 상에 고랑 또는 돌기를 형성하기 위한 장치를 포함한다.In a preferred embodiment, the melting furnace comprises an apparatus for forming furrows or protrusions on the surface of the input layer to obtain an essentially serrated surface.
금속 산화물 및 환원제의 혼합물층 또는 그 이상의 혼합물층들을 투입하기 위한 장치는 층이 투입되기 전후에 또는 투입되는 동안에 탄소질 환원제 및 금속 산화물을 고온일 때 혼합하기 위한 장치를 포함할 수도 있다.The apparatus for introducing the mixture layer or more mixture layers of the metal oxide and the reducing agent may include an apparatus for mixing the carbonaceous reducing agent and the metal oxide at a high temperature before or after the layer is introduced.
특정한 실시 형태에 따라, 배출 장치는 웜 컨베이어 또는 디플렉터를 포함한다. 디플렉터가 용융로부터의 배출을 실행하기 위해 사용되는 경우, 용융로 링(ring)의 폭은 웜 컨베이어를 사용하는 경우보다 커야된다. 그 이유는 용융로 내부에 보급되는 고온과 관련하여 볼 때, 웜 드라이브는 일정한 길이를 넘어서 기계적으로 과부하를 받게 되기 때문이다.According to a particular embodiment, the discharge device comprises a worm conveyor or deflector. If a deflector is used to carry out the discharge from the melt, the width of the furnace ring should be larger than with a worm conveyor. The reason for this is that, with regard to the high temperature spread inside the furnace, the worm drive is mechanically overloaded beyond a certain length.
용융로는 블레이드가 제공된 교반봉을 구비하는 교반용 장치를 포함하는 것이 유리하다. 이때 상기 블레이드는 교반봉의 이(teeth) 방식으로 배열되어 있으며, 상기 교반봉은 용융로 내에 방사상으로 고정 배열되어 있다.The melting furnace advantageously comprises a device for stirring with a stirring rod provided with a blade. In this case, the blades are arranged in a teeth manner of the stirring rods, and the stirring rods are radially fixed in the melting furnace.
상기 교반봉은 층을 관통하며 동시에 혼합물을 링의 배출쪽으로 향해 방사상으로 이동시키는 블레이드를 포함한다.The stir bar comprises a blade passing through the bed and simultaneously moving the mixture radially towards the outlet of the ring.
상기 블레이드는 일반적으로 오프셋되며, 즉 선행하는 교반봉의 블레이드에 의해 형성된 고랑에 대하여 약간 엇갈리는 형태로 배열됨으로써, 각 고랑의 한쪽 측면을 제거하거나 평탄화시킨 다음 새로운 고랑을 형성하게 된다.The blades are generally offset, i.e. arranged slightly staggered with respect to the furrows formed by the blades of the preceding stir bar, thereby removing or planarizing one side of each furrow and forming a new furrow.
바람직한 실시 형태에 따라, 제1 동작에 의해 고랑의 가장 고온인 부분인 톱니의 정점을 고랑의 오목한 부분으로 평탄화시킬 수 있으며, 제2 동작에 의해 각 톱니의 한쪽 정면을 인접한 톱니의 정면 상에 이동시킴으로써 제1 동작에 의해 제공된 재료를 커버하기 위한 장치가 제공된다.According to a preferred embodiment, the first operation can flatten the apex of the tooth, which is the hottest part of the furrow, into the concave portion of the furrow, and move one face of each tooth on the front of the adjacent tooth by the second motion. Thereby providing an apparatus for covering the material provided by the first operation.
상기 블레이드의 작업도는 고랑 접선에 대해 20°내지 30°이다. 상기 블레이드의 작업도는 장입물의 방사상 이동의 방향을 역행시키고 용융로 내부에서의 체류 시간을 증가하기 위해 언제든지 변경될 수 있다.The working degree of the blade is 20 ° to 30 ° with respect to the furrow tangent. The working degree of the blade can be changed at any time to reverse the direction of radial movement of the charge and to increase the residence time inside the furnace.
블레이드는 장입물을 전복시키도록 형성되었다.The blade was formed to overturn the charge.
용융로는 유리하게는 이동식-노상 용융로의 외벽 및/또는 루프의 외측 환에 설치된 버너를 포함한다. 이는 상기 융용로를 1200℃ 내지 1550℃의 온도, 바람직하게는 1400℃의 온도로 유지하기 위해서이다.The melting furnace advantageously comprises a burner installed on the outer wall of the movable-bed melting furnace and / or on the outer ring of the loop. This is to maintain the melting furnace at a temperature of 1200 ° C to 1550 ° C, preferably 1400 ° C.
본 발명은 첨부된 도면에 나타난 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조함으로써 보다 상세히 기술된다.The invention is described in more detail by reference to the preferred embodiments of the invention shown in the accompanying drawings.
본 방법의 작동 원리를 도 1에 도시한다.The principle of operation of the method is shown in FIG. 1.
도 1에서 장입 구역은 도면부호 (1)로 표시되고 회전식 노상(3)으로부터의 배출 영역은 도면부호 (2)로 표시되며, 이때, 상기 노상은 용융로의 축(5)을 중심으로 화살표 (4)로 표시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전한다. 용융로의 외벽에 고정된 버너는 도면부호 (6)로 표시되며, 연소 가스는 도면부호 (7)에서 용융로의 내벽을 통하여 추출되어 도면부호 (8)를 통하여 열교환기에 전달된다. 도면부호 (9)는 블레이드를 지지하는 교반봉을 표시하며, 도면부호 (10)는 산소 주입기를 표시한다.In FIG. 1 the charging zone is indicated by reference numeral 1 and the discharge area from the rotary hearth 3 is indicated by reference numeral 2, in which the hearth is indicated by an arrow 4 around the axis 5 of the furnace. Rotate counterclockwise as indicated by). The burner fixed to the outer wall of the smelting furnace is indicated by reference numeral 6, and the combustion gas is extracted through the inner wall of the smelting furnace at 7 and delivered to the heat exchanger via 8. Reference numeral 9 denotes a stirring rod supporting the blade, and reference numeral 10 denotes an oxygen injector.
도 2에서는 도 1과 동일한 도면부호가 사용된다. 도면부호 (11)는 장입물을 나타낸다.In FIG. 2, the same reference numerals as used in FIG. 1 are used. Reference numeral 11 denotes a charge.
도 3은 블레이트가 통과하기 이전의 고랑(12)을 나타낸다.3 shows the furrow 12 before the blister passes.
도 4는 블레이드가 작동하기 이전에 고랑 정점(13)의 높이를 평탄하게 한 상태를 나타낸다.4 shows a state in which the height of the furrow vertices 13 is leveled before the blades operate.
도 5는 블레이드의 제2 동작에 의해 고랑의 정점(14)의 높이를 평탄하게 한 상태를 나타낸다.5 shows a state in which the height of the apex 14 of the furrow is flattened by the second operation of the blade.
도 6은 교반봉에 고정하기 위한 암(19)을 구비한 블레이드(18)와 함께 외측 단열재(16)와 내측 수냉식 챔버(17)를 구비한 교반봉(15)을 수직하게 투시한 단면을 개략적으로 나타낸다.FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a vertically perspective view of a stir bar 15 having an outer insulator 16 and an inner water-cooled chamber 17 together with a blade 18 having an arm 19 for fixing to a stir bar. Represented by
이중 동작 블레이드의 작동은 하기에 보다 구체적으로 설명된다. 용융로의 입구에는, 톱니형 표면을 얻기 위해 삼각형 단면을 갖는 고랑을 장입물 표면 상에 형성하기 위한 장치가 제공된다. 장입 구역을 연장하는 중간 구역 내에, 용융로는 추가의 이중 동작 장치를 포함한다. 이때 이중 동작 장치는 제1 동작에 의해, 각 톱니의 정점을 이루고 있는 재료를 인접한 오목한 부분으로 평탄화시킴으써 정점의 재료를 보호하게 된다. 여기서 상기 정점 재료는 급속히 가열되며 덩어리(agglomeration)가 되는 온도 및/또는 용융점에 도달하여 장입물과의 혼합 및 금속 산화물의 환원을 더욱 어렵게 만든다. 제2 동작은 각 톱니의 한쪽 정면을 제거하며, 필요한 경우, 베이스의 일부분을 이동시킨다. 제거된 재료는 인접한 톱니의 정면 상에 위치하게 되며, 제1 동작에 의해 제공된 재료를 커버한다. 그 결과, 장입물은 점점 깊어지는 높이에서 점진적으로 혼합되며 노상이 회전하면서 신속하게 이동되어, 고랑들의 베이스는 각 장입 영역의 폭에 상응하는 전체 거리를 통하여 하나 이상의 단계에서 신속하게 장입물의 각 회전 단부에 이동된다.Operation of the dual action blade is described in more detail below. At the inlet of the melting furnace is provided an apparatus for forming a furrow with a triangular cross section on the charge surface in order to obtain a serrated surface. In the intermediate section extending the charging zone, the melting furnace comprises an additional dual actuating device. In this case, the dual operation device protects the material of the vertex by planarizing the material forming the vertex of each tooth into an adjacent concave portion by the first operation. The apex material here is rapidly heated and reaches a temperature and / or melting point that becomes agglomerates, making it more difficult to mix with the charges and reduce the metal oxides. The second operation removes one front side of each tooth and, if necessary, moves a portion of the base. The removed material is placed on the front face of the adjacent tooth and covers the material provided by the first operation. As a result, the contents are gradually mixed at increasingly deeper heights and are quickly moved as the roadbed rotates, so that the base of the furrows is rapidly rotated at each of the one or more stages through the entire distance corresponding to the width of each charging region. Is moved on.
후속하는 제2 중간 구역에서, 용융로는 유사한 이중 동작 장치를 포함한다. 상기 장치는 제1 동작에 의해 톱니의 정점을 제거하며, 이 부분을 인접한 오목한 부분으로 평탄화시킨다. 제2 동작에 의해 각 톱니의 한쪽 정면이 아래쪽 노상으로 이동된다. 이동된 부분은 인접한 톱니의 정면 상에 배치되며 제1 동작에 의해 제공된 재료를 덮게 된다. 장입물은 여러 번 회전, 바람직하게는 4번 또는 그 이상으로 회전한 다음에 장입 구역의 반대편에 있는 링으로 향해 배출되도록, 노상이 회전할 때 방사상으로 이동된다.In the subsequent second intermediate zone, the melting furnace comprises a similar dual actuating device. The device removes the apex of the tooth by the first operation and flattens this portion to an adjacent concave portion. One front of each tooth is moved to the lower roadbed by the second operation. The moved portion is disposed on the front face of the adjacent tooth and covers the material provided by the first action. The charge is moved radially when the hearth rotates so that it can be rotated several times, preferably four or more times and then discharged toward the ring opposite the charging zone.
물론, 상기 두 구역은 동일한 장치를 구비할 수도 있다.Of course, the two zones may have the same device.
상기 용융로의 중간 구역에서 작동 조건들은, 첫째 장입물의 온도를 가능한 신속하게 높고 균일하게 발생시키는 조건과, 둘째, 금속 산화물과 석탄의 혼합물로 이루어진 상부층이나 금속 산화물층과 점진적으로 접촉하는 조건 사이에서 절충안을 모색하는 식으로 선택되며, 이때 석탄의 하부층 중에서 상단부에 냉각기 하부층을 결합하지 않으므로, 이렇게 하여 얻어진 새로운 혼합물의 온도는 600℃ 이상이며, 특히 700℃ 정도이다.Operating conditions in the middle section of the furnace are a compromise between the first conditions of generating the temperature of the charge as quickly and as high as possible, and secondly, the conditions of progressive contact with the top layer or metal oxide layer of the mixture of metal oxides and coal. In this case, since the cooler lower layer is not bonded to the upper end of the lower layer of coal, the temperature of the new mixture thus obtained is at least 600 ° C, in particular about 700 ° C.
상기 노상의 회전 속도는 시간당 3 내지 12회전이며, 시간당 8회전인 것이 바람직하다.The rotational speed of the hearth is 3 to 12 revolutions per hour, preferably 8 revolutions per hour.
더욱이, 장입물의 상부층과 관련하여, 예를 들어 환원 억제 효과를 갖는 철감람석(fayalite) 타입의 규산염(silicate)을 형성함으로써 장입물이 유리로 변화되는 것을 본질적으로 피할 수 있다. 이를 위하여, 교반봉과 같은 수단이 표면층과 이 표면층의 바로 아래쪽 층의 신속한 혼합을 보장한다.Moreover, with regard to the top layer of the charge, it is essentially possible to avoid the charge to be converted to glass, for example by forming a silicate of the fayalite type which has a reducing inhibitory effect. To this end, a means such as a stirring rod ensures rapid mixing of the surface layer with the layer immediately below it.
목적은, 5 내지 10cm 두께를 갖는 장입물 중에서 가장 온도가 낮은 지점에 의해 결정되는 제조 시간 중에서, 일반적으로 금속 산화물이 변화 정도에 따라 환원되는 제품을 생산하는 단점을 갖는 종래 기술의 환원 방법에 의해 생산된 해면철보다 더 양호한 균질성을 갖는 해면철을 가능한 짧은 시간 내에 얻고자 하는 것이다.The objective is to provide a product which, in the production time determined by the lowest point among the charges having a thickness of 5 to 10 cm, generally produces a product in which the metal oxide is reduced according to the degree of change by a prior art reduction method. The aim is to obtain sponge iron with better homogeneity than the produced sponge iron in the shortest possible time.
이와 같은 바람직한 실시예에 따라, 다음과 같은 사항이 제공된다. 즉,According to this preferred embodiment, the following is provided. In other words,
작은 원에 해당하는 링의 내측면에서 링 폭의 1/6 내지 1/12에 대해 장입물이 장입되며;The charge is charged for 1/6 to 1/12 of the ring width on the inner side of the ring corresponding to the small circle;
환 폭에 대한 장입 조건에 따라서 4회 이상 완전 회전된 장입물이, 상술한 바와 같이 용융로의 영역에 따라서 다른 형태와 다른 기능을 갖는 블레이드가 제공된 교반봉에 의해 100회 이상 회전되고;A charge that has been fully rotated four or more times in accordance with the charging conditions for the annulus width is rotated at least 100 times by a stirring rod provided with a blade having a different shape and function according to the region of the melting furnace as described above;
각 블레이드에서, 장입물은 반경방향 바깥쪽으로 이동되어 대략 나선형 동작을 나타내며;In each blade, the charge is moved radially outward to exhibit approximately helical motion;
장입물의 폭이나 이 폭의 절반에 각각 상응하는 길이를 갖는 하나 또는 두 개의 디플렉터에 의해 링의 바깥쪽으로 장입물을 배출하고;Discharging the charge out of the ring by one or two deflectors each having a width corresponding to the width of the charge or a half of the width;
링 측면의 벽, 주로 큰 원에 해당하는 링의 외벽 및/또는 루프(roof)의 외벽에는 버너가 배치되며, 가스는 작은 원에 해당하는 링의 내측면에서 벽을 통하여 재료를 이동시키는 방향에 대향하는 방향으로 유동함으로써 배출된다.Burners are arranged on the wall on the side of the ring, mainly on the outer wall of the ring, which corresponds to a large circle, and / or on the outer wall of the roof, and the gas in the direction of moving material through the wall on the inner side of the ring, which corresponds to a small circle It is discharged by flowing in opposite directions.
다른 크기와 형태를 갖는 이중 동작 블레이드는, 제1 중간 구역의 블레이드가 노상까지 점점 낮은 높이로 장입물을 점진적으로 교반시키며, 한편 장입물이 아직 덩어리로 형성되지 않으며 여전히 쉽게 혼합될 수 있는 상태로 있는 제2 중간 구역의 블레이드가 제1 블레이드의 형태와 다른 적당한 형태를 갖추어 고랑과 베이스를 교반하는 식으로 교반봉에 배치된다. 이로써 두껍고 강해서 분쇄와 배출이 어려운 환원 금속 산화물 시트의 발생을 방지할 수 있다.Dual-acting blades of different sizes and shapes allow the blades of the first intermediate zone to gradually agitate the charge to an increasingly lower height to the hearth, while the charge is not yet agglomerated and can still be easily mixed. The blade of the second intermediate zone, which is in a suitable form different from that of the first blade, is placed in the stirring rod in such a manner as to stir the furrow and the base. This can prevent generation of reduced metal oxide sheets that are thick and strong and are difficult to grind and discharge.
상기 교반봉은 용융로 내에 방사상으로 고정 배치된다. 제1 교반봉은 장입 구역을 연장하는 제1 중간 구역 내에 위치한다. 여기서 장입 구역은 용융로에 재료가 공급되는 구역이다.The stirring rod is radially arranged in the melting furnace. The first stir bar is located in the first intermediate zone extending the charging zone. The charging zone here is the zone where the material is fed to the furnace.
교반봉들의 블레이드는 선행하는 교반봉의 블레이드에 의해 형성된 고랑에 대하여 약간 엇갈리는 형태로 고정 오프셋되며, 다시 말해서 각 고랑 또는 톱니의 경사면을 제거하도록, 예를 들어 50mm만큼 엇갈리게 배치된다. 노상에서 재료의 움직임을 통하여 혼합(즉, 교반)하며 새로운 고랑 또는 톱니를 형성한다. 블레이드는 장입물의 전체 표면에 대하여 삼각형 단면을 갖는 고랑을 형성하여, 용융로 대기와의 경계면에서 장입물의 표면적을 약 20 내지 65%정도 증가시키며, 이로 인하여 용융로로부터 장입물에 더 많은 열을 전달한다.The blades of the stirring rods are fixedly offset in a slightly staggered form with respect to the furrows formed by the blades of the preceding stirring rods, ie staggered by, for example, 50 mm to remove the inclined surface of each groove or tooth. Mixing (ie, stirring) through the movement of the material in the hearth forms new furrows or teeth. The blade forms a furrow with a triangular cross section over the entire surface of the charge, increasing the surface area of the charge by about 20 to 65% at the interface with the furnace atmosphere, thereby transferring more heat from the furnace to the charge.
이중 동작 블레이드의 제1 타입과 제2 타입은, 블레이드가 장입물을 통과할 때마다, 장입물의 한 부분이 뒤집어지며, 장입물의 하부층이 상승하는 동안, 초기에는 금속 산화물로, 그후 금속 산화물과 석탄의 혼합물로, 그리고 마지막으로 환원되는 금속 산화물로 구성되며 용융로 분위기와 접촉하는 장입물의 상부층이 하강하도록 설계된다.The first and second types of dual acting blades are inverted one portion of the charge each time the blade passes through the charge, and initially with metal oxide, then metal oxide and coal, while the lower layer of the charge rises. A mixture of and, finally, a metal oxide that is reduced and is designed to lower the top layer of the charge in contact with the furnace atmosphere.
블레이드의 단부는, 더 양호한 균질성을 보장하기 위하여 고랑의 최상단부, 즉 최고온 부분이 새롭게 형성된 고랑의 마루로 이동되도록 재료를 뒤집는 식으로 형성된다.The ends of the blades are formed by inverting the material so that the top end of the furrow, ie the hottest part, is moved to the newly formed furrow floor to ensure better homogeneity.
필요하다면, 상기 단부는 예를 들어, 냉각액의 내부 순환에 의해 냉각될 수 있다.If necessary, the end can be cooled, for example, by internal circulation of the coolant.
교반봉들은 용융로 한쪽 영역의 통로 길이에 대해 용융로의 다른쪽 영역에서선형적으로 분포될 수 있다. 이러한 분포는 바람직하게는 비선형적일 수도 있으며, 장입물의 표면 온도와 온도 구배에 따를 것이다.The stirring rods may be linearly distributed in the other region of the furnace with respect to the passage length in one region of the furnace. This distribution may preferably be nonlinear and will depend on the surface temperature and temperature gradient of the charge.
탄소질 환원제의 양은 내포한 금속 산화물을 완전 환원시키기 위해 필요한 화학양론적 양에 의해 결정되며, 휘발 성분의 환원 작용에 해당하는 양만큼 환원되고, 해면철의 용해 및 이후 합금을 위해 필요한 양만큼 증가된다.The amount of carbonaceous reducing agent is determined by the stoichiometric amount necessary to completely reduce the contained metal oxides, reduced by the amount corresponding to the reducing action of the volatile components, and increased by the amount required for dissolution of the sponge iron and subsequent alloying. do.
온도가 금속 산화물과 석탄의 경계면 근처 영역에서 이보다 더 멀리 떨어진 층보다 필연적으로 높게 나타나는 하부층과 금속 산화물 층의 점진적인 혼합을 통하여 다음과 같은 결과:Through gradual mixing of the lower layer and the metal oxide layer, the temperature is inevitably higher than the layer farther away from the region near the interface of metal oxide and coal:
상부층과 용융로 분위기 사이의 경계면에서 표면적의 증가를 통하여 더 큰 열전달이 이루어지며;Greater heat transfer is achieved through an increase in surface area at the interface between the top layer and the furnace atmosphere;
처음에 장입물의 상부에서 단일층으로 존재하며 이후에 점진적으로 혼합되는 금속 산화물층의 더 높은 열전도는, 낮은 열전도로 인하여 공정을 방해하는 석탄의 경우에 환원제를 필요로 하지 않고도 다중층을 이용하는 방법보다 더 양호한 열전달을 일으키며;The higher thermal conductivity of the metal oxide layer, which initially exists as a single layer on top of the charge, and then gradually blends, is more efficient than using multiple layers without the need for reducing agents in the case of coal, which hinders the process due to low thermal conductivity. Results in better heat transfer;
장입물을 형성하는 층들의 점진적인 혼합을 통하여 장입물 전체의 균일 온도를 신속하게 얻을 수 있으며;Gradual mixing of the layers forming the charge can quickly obtain a uniform temperature throughout the charge;
금속 산화물들은 반응성을 더 크게 할 수 있는 고온에 매우 신속하게 도달하여, 환원 공정의 효율을 증가시키고 작업시간을 감소시키며;Metal oxides reach very high temperatures which can make the reactivity more rapid, increasing the efficiency of the reduction process and reducing the working time;
온도가 상승하면서 점진적으로 방출되며 석탄에 의해 발생된 휘발 성분이 환원제로서 효율적으로 그리고 직접적으로 사용되며;It is gradually released as the temperature rises and the volatile components generated by coal are used efficiently and directly as reducing agents;
수소를 이용한 환원이 곧바로 발생하여 최적화됨으로써 반응과정이 CO가스의 반응과정보다 보다 양호하게 되며;The reduction using hydrogen occurs immediately and is optimized so that the reaction process is better than that of CO gas;
보다 고온의 상부층이 지나치게 온도가 낮은 상태로 있는 보다 낮은 층과 혼합되는 것이 아니라 적당한 온도를 갖는 바로 아래층과 점진적으로 혼합되기 때문에 CO를 이용한 환원이 보다 효과적이고;Reduction with CO is more effective because the hotter upper layer is not mixed with the lower layer, which is too low in temperature, but gradually with the lower layer with the appropriate temperature;
원칙적으로, 생산된 환원 금속의 단위 질량당 이산화탄소를 보다 적게 생산할 수 있으며;In principle, it is possible to produce less carbon dioxide per unit mass of reduced metal produced;
지나치게 높은 표면 온도를 피할 수 있으므로 철감람석가 발생하지 않고;Excessively high surface temperature can be avoided so that iron olivine does not occur;
장입물의 표면에는 너무 두껍고 강해서 분쇄 및 배출이 어려운 환원된 금속 산화물 시트가 나타나지 않으며;The surface of the charge does not show a reduced metal oxide sheet that is too thick and strong to be difficult to grind and discharge;
소정의 생산 목적을 갖는 용융로는 회전식 노상 용융로를 사용하는 기타 다른 방법보다 부피가 보다 작을 것이다.Melting furnaces with the desired production purpose will be smaller in volume than other methods using rotary hearth melting furnaces.
상기 용융로는, 일반적으로 이동식-노상 용융로의 외벽에 설치되며 링의 내측부에서 차후 연소를 실시하는 버너에 의해 1300 내지 1450℃의 돔형 온도 범위(dome temperature), 바람직하게는 1400℃의 온도로 유지된다.The furnace is generally maintained at a dome temperature, preferably 1400 ° C., of 1300 ° C. to 1450 ° C. by means of a burner which is installed on the outer wall of the mobile-furnace melting furnace and which carries out subsequent combustion at the inner side of the ring. .
하부층과 상부층의 연속 혼합은 도달될 수 있는 최대 표면 온도가 1100 내지 1200℃를 초과하지 않는다는 것을 의미한다.Continuous mixing of the bottom and top layers means that the maximum surface temperature that can be reached does not exceed 1100 to 1200 ° C.
또한, 여기서 사용된 방법들을 통하여 장입물의 균일도를 증가시킬 수 있으며, 이것은 더 빠르고 더 효율적인 작동 사이클에 대해, 보다 소형의 용융로에 대해, 그리고 열교환기의 최적화에 대해 펠렛의 두께를 상당히 증가시킨다.In addition, the uniformity of the charges can be increased through the methods used here, which significantly increases the thickness of the pellets for faster and more efficient operating cycles, for smaller furnaces, and for optimization of the heat exchanger.
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